(57)【要約】【課題】液体燃料の不一致等による燃料電池の特性低下や不具合等の発生を防止する。【解決手段】燃料電池用燃料カートリッジ１は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体２と、このカートリッジ本体２に設けられた接続機構３と、カートリッジ本体２に収容された液体燃料の情報を含む識別子４とを具備する。燃料電池は、このような燃料電池用燃料カートリッジ１の接続機構と着脱可能に結合する燃料電池側接続機構を有する液体燃料供給系と、この液体燃料供給系から液体燃料が供給されて発電動作する起電部と、燃料カートリッジ１の識別子４を検出する検出機構とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、
前記カートリッジ本体に設けられ、前記液体燃料を燃料電池に供給する接続機構と、
前記カートリッジ本体に収容された前記液体燃料の情報を含む識別子と
を具備することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記識別子は非接触型のデータキャリア部品を有することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記識別子は前記カートリッジ本体に形成された光学パターンを有することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記識別子は前記カートリッジ本体に形成された導体パターンを有することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池用燃料カートリッジにおいて、
前記識別子は前記カートリッジ本体に形成された凹凸パターンを有することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジおいて、
前記液体燃料はメタノール燃料であり、前記識別子は前記メタノール燃料の種別情報と濃度情報とを含むことを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の燃料電池用燃料カートリッジと、
前記燃料カートリッジ側の接続機構と着脱可能に結合する燃料電池側接続機構を有する液体燃料供給系と、前記液体燃料供給系から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部と、前記燃料カートリッジの識別子を検出する検出機構とを備える燃料電池本体と
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池において、
さらに、前記検出機構で検出した前記識別子の情報に基づいて、前記燃料カートリッジから前記液体燃料供給系への前記液体燃料の供給を遮断する燃料遮断機構を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の燃料電池において、
前記起電部は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極とに挟持された電解質膜とを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池において、
前記液体燃料供給系は、前記燃料電池側接続機構を有する燃料タンクと、前記燃料タンクと前記起電部との間に介在され、前記液体燃料の気化成分を前記燃料極に供給する気体選択透過膜とを備えることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用燃料カートリッジとそれを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出すことができるため、改質器が不要で小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも水素ガス等に比べて容易であることから、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、液体燃料を気化させてブロア等で燃料電池セル内に送り込む気体供給型や液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池セル内に送り込む液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらの燃料供給方式のうち、アクティブ方式はＤＭＦＣの高出力化（大電力化）が可能であるため、ノートパソコン等の電源として期待されている。一方、パッシブ方式は燃料ポンプ等の能動的な燃料移送手段を必要としないことから、特にＤＭＦＣの小型化に対して有利である。例えば、特許文献１や特許文献２には液体燃料を保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料の気化成分を拡散させて燃料極に供給する燃料気化層とを具備するパッシブ型ＤＭＦＣが記載されている。このようなパッシブ型ＤＭＦＣは携帯用オーディオプレーヤや携帯電話等の小型携帯機器の電源として期待されている。
【０００５】
ところで、アクティブ型ＤＭＦＣでは液体燃料を収容した燃料カートリッジを燃料電池本体に接続し、この燃料カートリッジから直接もしくは燃料タンク（希釈調整槽等）を介して液体燃料を循環させることによって、燃料電池セルに液体燃料を供給している。このようなアクティブ型ＤＭＦＣでは、燃料電池セルの構成や特性等に応じて、5〜50％程度のメタノール水溶液が液体燃料として用いられている。燃料カートリッジから供給する液体燃料は、所望の濃度に調整したメタノール水溶液が一般的であるが、燃料電池本体側の希釈調整機構等によっては純メタノールを供給する場合もある。従って、種々の濃度のメタノールを収容した燃料カートリッジが混在することになる。
【０００６】
一方、内部気化型のパッシブ型ＤＭＦＣは液体燃料を気化させる機構と燃料タンクとを具備しており、この燃料タンクに対してアクティブ型と同様に燃料カートリッジを用いて液体燃料が供給される。パッシブ型ＤＭＦＣではより一層の小型化を図るために、液体燃料として純メタノールを用いたＤＭＦＣの研究並びに実用化が進められている。ただし、アクティブ型ＤＭＦＣと同様に、燃料電池セルの構成や特性等によってはメタノール水溶液が用いられるため、パッシブ型ＤＭＦＣの燃料カートリッジも例えば50％以上のメタノール水溶液から純メタノールまでを収容した状態で混在することになる。
【特許文献１】特許第3413111号公報
【特許文献２】特開2004-171844号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、アクティブ型およびパッシブ型のいずれのＤＭＦＣにおいても、種々の濃度の液体燃料を収容した燃料カートリッジが存在することになる。ＤＭＦＣは所定濃度の液体燃料を使用することで初期の特性を発揮するように設計されているため、液体燃料の濃度が異なると出力特性の低下等を招くことになる。特に、内部気化型のパッシブ型ＤＭＦＣは直接的に気化させた液体燃料の気化成分で動作するため、液体燃料の濃度はＤＭＦＣの出力特性に対して大きな影響を及ぼす。さらに、設定濃度より高濃度の液体燃料を使用した場合には、かえって出力特性が低下するおそれもある。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、液体燃料の不一致等による燃料電池の特性低下や不具合の発生等を防止することを可能にした燃料電池用燃料カートリッジ、さらにそのような燃料電池用燃料カートリッジを適用した燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体に設けられ、前記液体燃料を燃料電池に供給する接続機構と、前記カートリッジ本体に収容された前記液体燃料の情報を含む識別子とを具備することを特徴としている。
【００１０】
本発明の一態様に係る燃料電池は、上記した本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジと、前記燃料カートリッジ側の接続機構と着脱可能に結合する燃料電池側接続機構を有する液体燃料供給系と、前記液体燃料供給系から前記液体燃料が供給されて発電動作する起電部と、前記燃料カートリッジの識別子を検出する検出機構とを備える燃料電池本体とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係る燃料電池用燃料カートリッジによれば、その内部に収容する液体燃料の種別や濃度等の情報を明確化することができる。従って、そのような燃料電池用燃料カートリッジを適用することによって、液体燃料の不一致による特性低下や不具合の発生等を防止した燃料電池を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの構成を示す正面図である。同図に示す燃料カートリッジ１は、燃料電池用の液体燃料を収容するカートリッジ本体２を有している。カートリッジ本体２の先端には、その内部に収容された液体燃料を燃料電池側に供給する接続機構３が設けられている。カートリッジ側接続機構３は後に詳述するように、燃料電池側接続機構と共に一対の接続機構部を構成するものであり、例えばノズルとソケットとで構成されるカプラのノズル等が適用される。これら接続機構の詳細については後述する。
【００１４】
上述したカートリッジ本体２には、燃料カートリッジ１を適用する燃料電池に応じた液体燃料、例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であれば各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が収容されている。なお、カートリッジ本体２に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。
【００１５】
ＤＭＦＣにおけるメタノール燃料には、例えば10％以上100％未満のメタノール水溶液、さらには純メタノール等、種々の濃度のものが使用されている。メタノール燃料の濃度は、ＤＭＦＣの燃料電池セルの構成や特性等に応じて決定されることから、種々の濃度のメタノール燃料を収容した燃料カートリッジ１が必要となる。このような種々の燃料カートリッジ１が混在した場合、人的な燃料の選択ミス等が生じるおそれがある。前述したように、ＤＭＦＣに代表される燃料電池は所定の液体燃料を使用することで初期の特性を発揮するように設計されているため、液体燃料の種別や濃度等が異なると出力特性の低下、さらには各種の不具合が生じるおそれがある。
【００１６】
そこで、この実施形態による燃料カートリッジ１は、カートリッジ本体２に液体燃料の情報を含む識別子４が設けられている。カートリッジ本体２に収容する液体燃料が例えばメタノール燃料の場合、識別子４は液体燃料がメタノール燃料であることを示す種別情報に加えて、メタノール燃料の濃度情報等を含んでいる。このような識別子４を適用することで種々の濃度のメタノール燃料を収容した燃料カートリッジ１が混在した場合においても、人的な選択ミス等による液体燃料の不一致等による出力特性の低下や各種不具合の発生を防ぐことができる。メタノール燃料以外の液体燃料の場合も同様である。
【００１７】
なお、識別子４が有する液体燃料の情報は、上記した液体燃料の種別情報（メタノール燃料であるか否か等）や濃度情報（メタノール燃料の濃度情報等）に限られるものではなく、例えばカートリッジ本体２に収容された液体燃料の容量情報や純度情報、さらに正規認証製品であることを示すコード等を含んでいてもよい。また場合によっては、これらの情報のみを含む識別子４であってもよい。さらに、識別子４は燃料カートリッジ１の接続機構３が燃料電池側の接続機構と結合可能であるか否かの情報等を含んでいてもよい。
【００１８】
上述した識別子４としては、例えば図１に示す非接触型のデータキャリア部品５が挙げられる。データキャリア部品５は例えばアンテナ６と情報を記憶する半導体素子７とから主として構成されており、その具体例としてはＲＦタグや非接触ＩＣカード等が知られている。このようなデータキャリア部品５は、外部機器（リーダ／ライタ装置等）から送信された電磁波をアンテナ６で受信して動作電力を生成すると共に、外部機器との間で半導体素子７に記憶された情報の送受信を行うものである。従って、データキャリア部品５の検出機構（識別子４の検出機構）として、燃料電池側にリーダ／ライタ装置等を設置しておくことによって、データキャリア部品５に記憶された液体燃料の情報（種別情報や濃度情報等）を燃料電池側に送ることができる。
【００１９】
燃料電池側では、データキャリア部品５から送られた燃料情報が、当該燃料電池に合致するものであるかどうかを判定する。そして、この判定結果が正しい場合のみに、例えば液体燃料の受け入れを可能にする、もしくは燃料電池セルへの液体燃料の供給を可能にする等の機構を、予め燃料電池に組み込んでおくことによって、液体燃料の種別や濃度等の不一致による特性低下、装置不良、各種不具合の発生等を防ぐことができる。なお、燃料電池に間違った液体燃料が供給されたことによる不具合の程度が軽微の場合、燃料電池は液体燃料の情報が合致するかどうかの判定結果のみをパイロットランプ等で表示するようにしてもよく、物理的に液体燃料の供給を中止させるような機構（例えば液体燃料の遮断機構や接続機構の結合を阻止する機構等）は必ずしも有していなくてもよい。
【００２０】
図１では識別子４として非接触型データキャリア部品５を用いた例について説明したが、識別子４はこれに限られるものではない。例えば、図２は識別子４として光学パターン８をカートリッジ本体２に設けた燃料カートリッジ１を示している。また、図３は識別子４として導体パターン９を用いた燃料カートリッジ１、図４は識別子４として凹凸パターン１０を用いた燃料カートリッジ１を示している。
【００２１】
識別子４としての光学パターン８は、反射率の異なる少なくとも2種類のパターンの組合せ（例えば白黒パターンや幾何学模様パターン）を有しており、この光学パターン８で液体燃料の種別や濃度等の情報を示すように構成されている。光学パターン８の具体例としては、バーコードやＱＲコード等が挙げられる。このような光学パターン８は、カートリッジ本体２に直接印刷してもよいし、また光学パターン８を印刷したシール等をカートリッジ本体２に貼り付けるようにしてもよい。そして、光学パターン８の検出機構として、燃料電池側に光学式読取装置（スキャナや画像読取装置等）を設置しておくことによって、光学パターン８に含まれる液体燃料の情報を燃料電池側に送ることができる。
【００２２】
また、識別子４としての導体パターン９は、導電率の異なる少なくとも2つのパターン（例えば導電パターンと絶縁パターンとの組合せ）を有しており、この導体パターン９で液体燃料の種別や濃度等の情報を示すように構成されている。このような導体パターン９はカートリッジ本体２に直接形成してもよいし、また導体パターン９を形成したシール等をカートリッジ本体２に貼り付けるようにしてもよい。そして、導体パターン９の検出機構として、燃料電池側に導通を確認する電極等を設置しておくことによって、導体パターン９に含まれる液体燃料の情報を燃料電池側に送ることができる。
【００２３】
識別子４としての凹凸パターン１０は、高さの異なる少なくとも2つのパターン（例えば凸部と凹部、凸部と平面部、平面部と凹部等）を有しており、この凹凸パターン１０で液体燃料の種別や濃度等の情報を示すように構成されている。このような凹凸パターン１０はカートリッジ本体２に直接刻印してもよいし、また凹凸パターン１０を形成したシール等をカートリッジ本体２に貼り付けるようにしてもよい。そして、凹凸パターン１０の検出機構として、燃料電池側に光学式読取装置や接触式読取装置等を設置しておくことによって、凹凸パターン１０に含まれる液体燃料の情報を燃料電池側に送ることができる。
【００２４】
このように、種々の識別子４を用いて燃料カートリッジ１内の液体燃料の情報を燃料電池側に送ることができる。そして、いずれの識別子４を用いた場合においても、燃料電池側で液体燃料の情報が合致するかどうかを判定することによって、燃料カートリッジ１の人的な選択ミス等による液体燃料の不一致、それに基づく出力特性の低下や各種不具合の発生を防ぐことができる。従って、この実施形態の識別子４を有する燃料カートリッジ１を適用することによって、出力特性や信頼性等に優れた燃料電池システムを構成することが可能となる。なお、燃料電池の構成は特に限定されるものではない。
【００２５】
次に、本発明の一実施形態による燃料電池について、図５を参照して説明する。図５は本発明の燃料電池をパッシブ型（内部気化型）ＤＭＦＣに適用した一実施形態の要部構成を示す断面図である。図５に示すパッシブ型ＤＭＦＣ２０は、液体燃料供給系としての燃料タンク２１と、起電部を構成する燃料電池セル２２と、これらの間に介在された気体選択透過膜２３とから主として構成されている。燃料電池セル２２は、アノード触媒層２４およびアノードガス拡散層２５からなるアノード（燃料極）と、カソード触媒層２６およびカソードガス拡散層２７からなるカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層４５とカソード触媒層２６とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜２８とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ）を有している。
【００２６】
アノード触媒層２４およびカソード触媒層２６に含有される触媒としては、例えば、白金族元素である、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の単体金属、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。具体的には、アノード触媒層２４にメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を、カソード触媒層２６に白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。電解質膜２８を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸等の無機物等が挙げられる。ただし、これらに限られるものではない。
【００２７】
アノード触媒層２４に積層されるアノードガス拡散層２５は、アノード触媒層２４に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層２４の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層２６に積層されるカソードガス拡散層２７は、カソード触媒層２６に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層２６の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層２５にはアノード導電層２９が積層され、カソードガス拡散層２７にはカソード導電層３０が積層されている。これら導電層２９、３０は、例えば金等の導電金属材料からなるメッシュや多孔質膜、あるいは薄膜等で構成される。なお、電解質膜２８とアノード導電層２９との間、および電解質膜２８とカソード導電層３０との間には、ゴム製のＯリング３１、３２が介在されており、これによって燃料電池セル（膜電極接合体）２２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２８】
燃料タンク２１の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料等が充填されている。燃料タンク２１は、その内部の液体燃料Ｆが空になった場合に、外部から液体燃料Ｆを供給するための機構として燃料電池側接続機構３１を有している。この燃料タンク２１に設けられた接続機構３１に、前述した実施形態の燃料カートリッジ１の接続機構３を結合することによって、燃料カートリッジ１内の液体燃料を燃料タンク２１内に供給することが可能とされている。
【００２９】
また、燃料タンク２１は燃料電池セル２２側が開口されており、この燃料タンク２１の開口部と燃料電池セル２２との間に気体選択透過膜２３が設置されている。気体選択透過膜２３は、液体燃料Ｆの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜である。このような気体選択透過膜２３の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。
【００３０】
一方、カソード導電層３０上には保湿層３２が積層されており、さらにその上には表面層３３が積層されている。表面層３３は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は表面層３３に形成された空気導入口３４の個数やサイズ等を変更することで行う。保湿層３２はカソード触媒層２６で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制する役割を果たすと共に、カソードガス拡散層２７に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層２６への酸化剤の均一拡散を促進する機能も有している。保湿層３２は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。
【００３１】
上述したような構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ（燃料電池本体）２０においては、燃料タンク２１内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液）が気化し、この気化成分が気体選択透過膜２３を透過して燃料電池セル２２に供給される。燃料電池セル２２内において、液体燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層２５で拡散されてアノード触媒層２４に供給される。アノード触媒層２４に供給された気化成分は、下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋6Ｈ+＋6ｅ-  …(1)
【００３２】
なお、液体燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料タンク２１から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層２６で生成した水や電解質膜２８中の水をメタノールと反応させて(1)の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した(1)式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３３】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ+）は電解質膜２８を伝導し、カソード触媒層２６に到達する。表面層３３の空気導入口３４から取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層３２、カソード導電層３０、カソードガス拡散層２７を拡散して、カソード触媒層２６に供給される。カソード触媒層２６に供給された空気は、次の(2)式に示す反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
（3/2）Ｏ2＋6Ｈ+＋6ｅ-  →  3Ｈ2Ｏ  …(2)
【００３４】
上述した反応に基づく発電反応が進行するにしたがって、燃料タンク２１内の液体燃料Ｆ（例えばメタノール水溶液や純メタノール）は消費される。燃料タンク２１内の液体燃料Ｆが空になると発電反応が停止するため、その時点でもしくはそれ以前の時点で燃料タンク２１内に燃料カートリッジ１から液体燃料を供給する。燃料カートリッジ１からの液体燃料の供給は、カートリッジ側接続機構３を燃料電池側接続機構３１に結合することにより実施される。これらカートリッジ側および燃料電池側の接続機構３、３１は、例えばカップラのような一対の接続機構部を構成するものである。
【００３５】
図６および図７はカップラを使用した接続機構部を拡大して示す断面図である。ここでは、カートリッジ側接続機構３にノズル機構を適用し、燃料電池側接続機構３１にソケット機構を適用している。なお、図６はカップラを結合する前の状態、図７はカップラを結合した状態を示している。これらの図に示すカートリッジ側接続機構としてのノズル３は、ノズルボディ４１とノーズ部４２とノズル口４３と可動ピン４４とフランジ状支持部材４５とを有している。一方、燃料電池側接続機構としてのソケット３１は、ハウジング５１とリング状凸部５２とカラー５３とリング状パッキ５４とバルブステム５５とバルブヘッド５６と筒状支持部材５７とを有している。
【００３６】
燃料カートリッジ１の接続機構（ノズル）３において、ノズルボディ４１はノーズ部４２を有し、ノーズ部４２の先端にはノズル口４３が形成されている。円筒状のノーズ部４２内には可動ピン４４が収容されている。可動ピン４４は軸方向に進退可能とされており、前進位置においてノズル口４３を塞いでノズル内の流路を閉じ、後退位置においてノズル口４３から離れてノズル内の流路を開くように構成されている。可動ピン４４の後端部は、弾性材料からなるフランジ状支持部材４５を介してノズルボディ４１に固定されている。フランジ状支持部材４５はノズル３がソケット３１から切り離されているとき、可動ピン４４を前進位置に押し込んでノズル３内の流路を閉じるものである。
【００３７】
一方、燃料電池（ＤＭＦＣ）２０の接続機構（ソケット）３１において、ハウジング５１は略円筒状の形状を有し、軸方向の中間位置でその内周面に径方向内側に突出するリング状凸部５２が形成されている。ハウジング５１内には凸部５２よりも軸方向外側（ソケット３１の入口側）の部分に、弾性材料からなるカラー５３が挿入されている。カラー５３の後端面は凸部５２の外側（ソケット３１の入口側）の側面で支持されている。さらに、ハウジング５１内には凸部５２よりも軸方向内側（ソケット３１の奥側）の部分に、リング状パッキン５４が挿入されている。リング状パッキン５４の背面は凸部５２の内側（ソケット３の奥側）の側面で支持されている。
【００３８】
そして、カラー５３、凸部５２およびリング状パッキン５４の内側に形成された筒状の空間に、バルブステム５５が収容されている。バルブステム５５は軸方向に進退可能とされている。バルブステム５５の後端部近傍にはバルブヘッド５６が取り付けられている。バルブヘッド５６は、バルブステム５５が前進位置にあるときにリング状パッキン５４と接触してソケット３１内の流路を閉じ、バルブステム５５が後退位置にあるときにリング状パッキン５４から離れてソケット３１内の流路を開くように構成されている。バルブステム５５の後端部は、弾性材料からなる筒状支持部材５７を介してハウジング５１に支持されている。筒状支持部材５７はノズル３がソケット３１から切り離されているとき、バルブステム５５を前進位置に押し込んでソケット３１内の流路を閉じるものである。
【００３９】
ノズル３をソケット３１に装着すると、図７に示すように、ノーズ部４２がカラー５３の前端面に接触してノズルボディ４１とハウジング５１の接合部がシールされる。さらに、カラー５３がノーズ部４２で圧縮されてバルブステム５５が可動ピン４４に突き当たり、可動ピン４４が後退位置まで押し込まれる。これによって、ノズル３内の流路が開かれる。一方、後退位置で停止した可動ピン４４によりバルブステム５５が後退位置まで押し込まれることによって、ソケット３１内の流路を開かれる。
【００４０】
上述した燃料カートリッジ１のノズル３を燃料電池２０のソケット３１に結合して液体燃料を燃料電池２０側に供給するにあたって、燃料カートリッジ１内の液体燃料の種別や濃度等の情報は識別子４に含まれている。一方、燃料電池２０側には識別子４の情報を検出する検出機構３５が設けられている。検出機構３５としては、識別子４が図１に示したデータキャリア部品５であればリーダ／ライタ装置等が用いられる。また、識別子４が図２に示した光学パターン８であれば光学式読取装置、図３に示した導体パターン９であれば電極機構、図４に示した凹凸パターン１０であれば光学式読取装置や接触式読取装置等が、検出機構３５として設置される。
【００４１】
このような検出機構３５は、例えばノズル３の挿入をガイドする燃料電池２０のガイド部３６に設置されている。検出機構３５の設置位置は、識別子４の情報を検出する位置に応じて設定される。すなわち、ノズル３をソケット３１に結合させた時点で識別子４の情報を検出するのであれば、図７に示したように、結合状態における燃料カートリッジ１の識別子４に検出機構３５が近接もしくは接触するように設置する。また、ノズル３をソケット３１に結合させる以前に識別子４の情報を検出するのであれば、燃料カートリッジ１を前進させる段階で検出機構３５が識別子４に近接もしくは接触するように設置する。
【００４２】
いずれの状態においても、燃料電池２０の検出機構３５は識別子４から送られた液体燃料の情報（種別情報や濃度情報等）を検出し、その燃料情報が当該燃料電池に合致するものであるかどうかを判定する。このように、識別子４に基づいて燃料カートリッジ１内の液体燃料が燃料電池２０に対応するものであるかどうかを判定することによって、燃料カートリッジ１の人的な選択ミス等による液体燃料の不一致、それに基づく出力特性の低下や各種不具合の発生等を防ぐことができる。従って、出力特性や信頼性等に優れた燃料電池システム、すなわち燃料カートリッジ１と燃料電池２０とで構成される燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００４３】
上述した燃料カートリッジ１の識別子４に含まれる燃料情報の判定結果は、例えばパイロットランプで正誤を表示するようにしてもよいが、燃料カートリッジ１から燃料タンク２１内への液体燃料の供給を遮断するような機構を適用することが好ましい。具体的には、ソケット３１から燃料タンク２１への燃料配管３７の途中に弁機構（図示せず）等の燃料遮断機構を設け、燃料情報の判定結果が正しい場合のみに弁機構を開状態とすることによって、燃料タンク２１内に誤った液体燃料が供給されることを防止することができる。このような燃料遮断機構は、例えばソケット３１内のバルブ動作を制御したり、ノズル３とソケット３１との結合を阻止するような機構であってもよい。また、場合によっては燃料タンク２１から燃料電池セル２２への燃料供給を遮断するようにしてもよい。
【００４４】
なお、上述した実施形態においては、本発明の燃料電池（燃料電池システム）をパッシブ型燃料電池に適用した例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アクティブ型燃料電池に適用することも可能である。本発明の燃料電池（燃料電池システム）をアクティブ型燃料電池に適用する場合には、燃料ポンプを有する液体燃料の供給系に設けられる燃料電池側接続機構と燃料カートリッジ側の接続機構とで構成される接続機構部に、上述したような識別子の検出機構や検出結果に基づく液体燃料の遮断機構等を設置する。アクティブ型燃料電池においては、燃料カートリッジから燃料タンク（希釈調整槽等を含む）を介して液体燃料を循環させる場合と燃料カートリッジから直接液体燃料を循環させる場合とがあるが、本発明はいずれの場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による燃料電池用燃料カートリッジの構成を示す正面図である。
【図２】図１に示す燃料カートリッジの一変形例の要部を示す図である。
【図３】図１に示す燃料カートリッジの他の変形例の要部を示す図である。
【図４】図１に示す燃料カートリッジのさらに他の変形例の要部を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による燃料電池の要部構成を示す断面図である。
【図６】図５に示す燃料電池に燃料カートリッジを装着する接続機構部の未結合状態を示す断面図である。
【図７】図６に示す接続機構部の結合状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…燃料電池用燃料カートリッジ、２…カートリッジ本体、３…カートリッジ側接続機構（ノズル）、４…識別子、５…非接触型データキャリア部品、８…光学パターン、９…導体パターン、１０…凹凸パターン、２０…ＤＭＦＣ（燃料電池本体）、２１…燃料タンク、２２…燃料電池セル、２３…気体選択透過膜、３１…燃料電池側接続機構（ソケット）、３５…検出機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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